Elektronik / Elektronik Kaynakları/

Buck Boost Converter (Negatif Gerilim)

Converter yazı dizimin bu bölümünde özellikle negatif gerilim üretimi, akü şarjı gibi devrelerde sıklıkça kullanılan buck boost converter‘a değinmek istiyorum.

Genellikle giriş geriliminin, çıkış geriliminden düşük ve yüksek değerler arasında, yani büyük bir aralıkta değiştiği ve yaklaşık 150W’a kadar güç gereksinimi duyan uygulamalarda kullanılan buck boost converterlar küçük bir modifikasyon ile hem girişe hem de çıkışa güç aktarımı yapmaya olanak sağlamaktadır. Bu özelliği nedeniyle converter motor sürücü uygulamalarında verimlilik açısından bizlere avantaj sağlamaktadır.

buck_boost

Yukarıdaki şekilde yapısı görülebilecek buck boost devresinin tasarımı her zaman olduğu gibi endüktans ve kapasitans değerlerinin bilindik formülünden yola çıkarak hesaplanmaktadır. Biz bu uygulamamızda minimum 5V maksimum 25V giriş gerilimi aralığında, 12V çıkış gerilimine ve 24W çıkış gücüne ve 100kHz anahtarlama frekansına sahip buck boost converter tasarlayalım.

buck_boost_operation

Anahtarlama elemanının kapalı kaldığı 1. durum ele alındığında bobinde oluşan en yüksek akım değeri denklem 1’deki gibi olacaktır. Durum 1’de bobinde depolanan enerji miktarı ise denklem 2’deki gibi olacaktır. Toplam enerji miktarı ise anahtarlama frekansı ile birlikte denklem 3 ile bulunabilir.

denklem1-2-3

Durum 2’de ise depolanan bu enerji miktarı aynı şekilde çıkışa aktarılacaktır. Anahtarın kapalı olduğu bu durumda bobinden çıkışa aktarılacak akım değeri denklem 4’teki gibi olacaktır.

denklem4

Bobinin üzerinde artık enerji kalmaması için çıkış ve giriş akımlarının toplamları sıfır olmalıdır. Böylelikle denklem 5 ele alındığında giriş ve çıkış gerilimlerine göre duty oranı denklem 6 ile bulunabilir. Burada hesaplama yapılırken Vo geriliminin negatif değerde olduğunu unutmamak gerekir.

denklem5-6

Denklem 5’te Ton yerine (Duty)x(Ts) veya (Duty)x(1/f) yazılabilir.
Geriye ise bulunacak tek değer olan çıkış kapasitörü kalıyor. Burada anahtar kapatıldığında tüm enerjinin kapasitörden geldiği varsayılarak bir yaklaşım yaptığımızda denklem 7’deki değere ulaşmış oluruz. İstenilen Vripple değerine göre çıkış kapasitesi denklem 7 ile bulunabilir.

denklem7

Yukarıdaki denklemlerimize göre çıkış gerilimimiz 12V, giriş minimum gerilimimiz 5V, 24W güç ve 100kHz anahtarlama frekansına göre işlem yaptığımızda elde ettiğimiz sonuçları aşağıdaki tablodan görebilirsiniz.

buckboost-test

Yukarıdaki tablodaki değerlerin Vin-min=5V’a göre yapıldığını hatırlattıktan sonra değerlerimizi PSIM programında aşağıdaki şekilde koyup test edelim.

buck_boost_pcsim

PSIM programında yaptığımız test sonucu aldığımız değerleri aşağıdaki grafikte görebilirsiniz. Sonuç olarak istediğimiz değerlerin yakalandığını görebilirsiniz.

bbc_psim_sim

Buck boost converterin giriş geriliminin büyük bir aralıkta değişimi esnasında çıkış gerilimini sabit tuttuğunu kontrol amaçlı girişe bir de 25V uygulayalım. Bu durumda duty değerimiz 0.324 olacaktır.

bbc_psim_2

Kurduğumuz devrenin girişine 25V uygulayarak çıkış geriliminin değişimini aşağıdaki grafikten gözlemleyebilirsiniz.

bbc_psim_2_sim

Yukarıdaki çalışmada formüller çıkarılırken tüm elemanların ideal olarak kabul edildiğini, gerçekte bu tür devrelerin geri besleme ile kontrol edilmeden kullanılmasının tercih edilmemesi gerektiğini söylemek isterim.
Herkese çalışmalarında başarılar dilerim.

  1. mahmut 2013/05/19
  2. FxDev 2013/05/19
  3. mahmut 2013/05/19
  4. FxDev 2013/05/19
  5. yücel duman 2013/05/19
  6. mahmut 2013/05/19
  7. FxDev 2013/05/19
  8. yusuf 2013/05/19
  9. FxDev 2013/05/19
  10. ebru 2013/05/19
  11. murat hato 2015/09/07

Yorum

Soru: